ES2390945B1 - Sistema y metodo para la monitorizacion de ampacidades en lineas electricas aereas - Google Patents

Sistema y metodo para la monitorizacion de ampacidades en lineas electricas aereas Download PDF

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ES2390945B1 ES200931220A ES200931220A ES2390945B1 ES 2390945 B1 ES2390945 B1 ES 2390945B1 ES 200931220 A ES200931220 A ES 200931220A ES 200931220 A ES200931220 A ES 200931220A ES 2390945 B1 ES2390945 B1 ES 2390945B1
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Abstract

Sistema y método para la monitorización de ampacidades en líneas eléctricas aéreas.#Sistema para la monitorización de ampacidades en líneas eléctricas aéreas que comprende#módulos de monitorización (7) instalados en respectivos conjuntos de vanos (14),#una unidad remota (16) que recibe y procesa conjuntos de datos medidos (13) recibidos de los módulos;#estando cada disposición de sensores está asignada a un conjunto de vanos (14), y comprendiendo cada una#un medidor de tracción (6),#un medidor de intensidad eléctrica (8),#un sensor de temperatura ambiente (9)#un sensor de radiación solar (10),#la unidad de proceso de datos (16b) calcula la ampacidad (AC) para cada conjunto de vanos (14), a partir de cada conjunto de valores medidos (13) recibidos y una referencia de tracción-temperatura de conductor (Ref-TT), la deformación por fluencia (DF) y la temperatura máxima admisible (Tmax) del conductor (2) para cada conjunto de vanos (14), a partir de cada conjunto de valores medidos (13).

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA LA MONITORIZACIÓN DE AMPACIDADES EN
La presente invención se encuadra en el campo técnico de la ingeniería eléctrica, concretamente en el sector de la producción y distribución de energía eléctrica y particularmente en el área de los sistemas para la monitorización de la intensidad máxima admisible en líneas eléctricas aéreas, también denominada ampacidad, para poder establecer el grado de carga de una línea eléctrica aérea y determinar Sl su nivel de explotación puede ser incrementado o no, lo que mejora sus prestaciones y fiabilidad.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Generalmente el propósito de la monitorización de una línea eléctrica no se limita a visualizar la situación de dicha línea, Slno que tiene como objeto cuantificar el valor de la ampacidad. Es decir, no se limita a verificar que la flecha o la temperatura del conductor están por debaj o del límite de seguridad, slno que determina el valor de la corriente que haría que la flecha o la temperatura estuviera en su valor límite. La ampacidad es la máxima intensidad de corriente que puede circular de manera continua por un conductor eléctrico sin que éste sufra daños, y es uno de los valores más interesantes desde el punto de vista de la compañía eléctrica que opera la línea.
Existen varias opciones de implantación de sistemas de monitorización, que se detallan a continuación.
La opción más sencilla es la monitorización de las condiciones meteorológicas. Es el sistema más sencillo y menos invasivo debido a que el sistema de medida no tiene porqué colocarse físicamente en la línea sino que basta con que esté cerca de ella, pudiéndose aprovechar las estaciones meteorológicas ya instaladas en las subestaciones o en las proximidades de las líneas. En este sistema, mediante cálculo,
se puede determinar la temperatura del conductor de forma que Para mitigar la incertidumbre en la estimación de la
el lími te de ampac idad se calcula como aque lla corriente que
hace que la temperatura sea igual a la tempe ratura lími te .
Este sis tema de mo nitori zación ti ene una determinada
5
incertidumb re debido a que las condi ciones, especialme nte el
viento, pueden varlar entre los vanos de la lí nea y la
es tación me teorológica debido a las var laClo nes en el terreno ,
arboledas que mi ti gan el viento, etc . Por ello , los resultados
obt enidos ti enen una incertidumb re que puede ser cons iderable
10
según el ca so . ot ro inconve niente es que los anemóme tros
giratorios pueden tener errores de me dida en va lores baj os de
ve lo cidad de viento, por debaj o de 1 mis [G .M. BEERS , S.R .
GILLIGAN , H.W. LIS, J.M. SCHAMBERGER, "TRAN SMISS ION CONDUCTOR
RAT INGS", IEEE TRANSACT IONS ON POWER APPARATUS AND SYSTEMS ,
15
VOL . PAS -82, PP . 767-75 , 19 63J, por lo que existe una
incertidumb re adi cional . Este rango es pr ecisame nte el más
des favor ab le desde el punt o de vi sta de la ampa cidad . Por
últ imo , debe tener se en cuenta los po sible errores aso ciados a
la estima ción de la fle cha a partir de la temperatura,
2 O
mot ivado s, por un lado , por el mé todo de cálculo empl eado y,
por otro , porque la condi ción de referencia a partir de la que
se re aliza el cálculo y que asocia un va lor de temp eratura a
una de terminada flecha no se corre spo nda exactame nte con la
real idad . Un ej emplo prá ctico desarrol lado en el sis tema
25
el éc trico espafto l se de sc ribe en F. SOTO Y OT ROS , "INCREAS ING
THE CAPAC ITY OF OVERHEAD LINES IN THE 400 KV SPANISH
TRANSMI SS ION NETWORK: REAL TIME THERMAL RAT INGS", CIGRÉ
SES SI ON , 22-21 1, PARIS-FRANCE , 19 98 .
Otra op ción es ut ilizar un mé todo que está entre la
30
mon ito riz ación en ti empo real y el mé todo det ermi ní stico .
Cons ist e en me dir la temperatura ambiente y ut ilizar va lores
determi nísticos des favorables para el vi ento y la radiación
solar ["GUIDE FOR THE SELECT ION OF WEATHER PARAMETERS FOR BARE
OVERHEAD CONDUCTOR RAT INGS", CIGRÉ B2-12 BROCHURE (REF . NO .
35
29 9) , 20 06J.
temperatura de los métodos anteriores, se plantea como alternativa monitorizar directamente la temperatura superficial del conductor, generalmente mediante un sensor que va instalado en el conductor y que mide la temperatura superficial del mlsmo . si bien esta técnica reduce la incertidumbre en la determinación de la temperatura del conductor no la elimina, ya que la medida de temperatura realizada por el sensor es puntual y es posible que otros puntos de la línea tengan valores de temperatura diferentes, debido a posibles diferentes condiciones meteorológicas
(fundamentalmente viento ) a lo largo del conductor o a la existencia de un gradiente radial de temperatura en el conductor .
Por otra parte, la medida de la temperatura del conductor por sí sola no permite determinar la ampacidad. Es necesarlO contar con los datos meteorológicos [S.D. Foss, S.H. Lin, R.A. Fernandes, "Dynamic thermal line ratings. Part 1. Dynamic ampacity rating algorithm", IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. 102, No. 6, pp. 1858-64, 1983J,
[M. W. Davis, "A new thermal rating approach: The real time thermal rating system for strategic overhead transmission lines, Part 1, General description and justification of the real time thermal rating system", IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. 96, No. 3, pp. 803-09, 1977J, pues la misma temperatura del conductor se puede alcanzar un día de lnVlerno con un valor alto de corriente que un día de verano con un valor pequeño de corriente y, evidentemente, la ampacidad no es la misma en ambos casos . No obstante, no es necesarlO conocer todos los datos meteorológicos puesto que, supuesto conocido el valor de la corriente, si uno de ellos es incógnita se puede deducir de la temperatura del conductor que se está monitorizando . Generalmente se monitoriza la temperatura ambiente y la radiación solar, bien en una
estación meteorológica cercana o bien mediante sensores instalados en un punto lo más cercano posible al sensor de
temperatura, y se calcula la velocidad de viento que incide sobre el conductor [J.S. ENGELHAROT, S.P. BASU, "OESIGN,
INSTALLATION, ANO FIELO EXPERIENCE WITH AN OVERHEAO TRANSMISSION OYNAMIC LINE RATING SYSTEM", IEEE PES TRANSMISSION ANO OISTRIBUTION CONFERENCE, PP. 366-370, LOS ANGELES-USA, 1996J. A partir de estos valores es posible determinar la ampacidad . Al igual que en los métodos precedentes, se deben tener en cuenta los posibles errores asociados a la estimación de la flecha a partir de la temperatura ya comentados en el apartado anterior .
El primer sistema comercial de monitorización basado en la medida de la temperatura del conductor es el denominado "Power Oonut" que fue desarrollado a principio de los 80 . Este sistema y algunos de sus desarrollos se describen en los documentos de patente US-4384289, US-4714893, US-4794327, US-47 99005, US-5341088 , solicitudes de patente EP-0125 05 O-Al, WO-2006 /014691-A1, WO-2006/050156-A1, US-2007/0200556-A1, WO-20 07/1 34 022-A2; s.o. así como en Foss, S.H. Lin, H.R. Stillwell , R.A. Fernandes, "Oynamic thermal line ratings . Part
11. Conductor temperature sensor and laboratory field test evaluation", IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. 102, No. 6, pp. 1865-76, 1983; J.S. ENGELHAROT, S.P. BASU, "OESIGN, INSTALLATION, ANO FIELO EXPERIENCE WITH AN OVERHEAO TRANSMISSION OYNAMIC LINE RATING SYSTEM", IEEE PES TRANSMISSION ANO OISTRIBUTION CONFERENCE, PP. 366-370, LOS ANGELES-USA, 1996 . El "Power Oonut" es un toroide que se acopla alrededor del conductor . contiene un núcleo magnético de forma que se autoalimenta mediante la tensión inducida por el campo magnético variable asociado a la intensidad que pasa por el conductor . Puede medir temperaturas del conductor de hasta 250 °C. Los datos se transmiten de forma remota mediante GSM/GPRS . Además de temperatura mide también intensidad de corriente . Para determinar la ampacidad precisa de los valores
de temperatura ambiente y radiación solar . Estos valores se
pueden obtener de es taciones me teorológic as cercanas . En caso
contra rio , se instala una pequeña est ación me teorológica en el
apoyo más cer cano al sensor de temperatura de fo rma que los
datos de temperatura y radiación son transmit idos al Power
5
Donut ví a rad io . Se de sc riben al gunos ej emplos de ap li cación
en S.D . FOS S, R.A. MARAI O, "EF FECT OF VAR IAB ILITY IN WEATHER
CONDIT IONS ON CONDUCTOR TEMPERATURE AND THE DYNAMIC RAT ING OF
TRANSMISS ION LINES" , IEEE TRANSACT IONS ON POWER DEL IVERY , VOL .
3, NO . 4, OCTOBER, PP . 1832-1841, 19 88; S.D. FOS S, R.A.
10
MARA1O , "DYNAM IC LINE RAT ING IN THE OPERAT ING ENV I RONMENT",
IEEE TRANSACT IONS ON POWER DEL IVERY , VOL . 5, NO . 2, APRIL, PP .
1095-110 5, 1990; J. S. ENGELHARDT , S. P. BASU, "DESIGN,
INS TALLAT ION, AND FIELD EXPER IENCE WITH AN OVERHEAD
TRANSMI SS ION DYNAMIC LINE RAT ING SYSTEM" , IEEE PES
15
TRANSMI SS ION AND DIS TRIBUT ION CON FERENCE , PP . 366-370 , LOS
ANGELES-USA, 1996 .
Re cie ntemente han surgido más sis temas comerciales de
mo ni tori zación de la temperatura para co nduct ores de líneas
el éctric as aéreas . As í, ARTECHE , fabri cante con se de en
2 O
Bizkaia, ha de sarrol lado un sistema similar al Power Donut ,
de nomi nado sis tema de Mo nitori z ación de Temperatura (" SMT" )
que se de s cribe en la soli ci tud españo la de mo delo de util idad
ES -1 06 3031-U. Este sis tema mo nitori za la temperatura del
conductor a travé s de un se nsor de temperatura tipo PT en
25
contacto con el co nductor . La temperatura se envía me diante
men saj es SMS que son re cibidos en un módem instalado en un PC .
El rango de me dida llega ha sta 12 0°C.
Otra al ternati va es la mo nitori zación de la temperatura
me diante dispositivo s de onda acús tica de supe rficie (" surface
30
acous tic wave" SAW) . Var ias univers idade s alema nas han
desarrol lado un sis tema de mon ito riz ación de temperatura en
co nduc tores de lí neas el éctric as aéreas bas ado en estos
dispositivo s [R . TEMI NOVA y OT ROS , "NEW APPROACH TO OVERHEAD
LINE CONDUCTOR TEMPERATURE MEASUREMENT BY PAS SIVE REMOTE
35
SUR FACE ACOUST IC WAVE SENSORS" , CIGRÉ SESS ION , B2-3 04,
PARIS-FRANCE, 2006; M. WEIBEL, K. IMHOF, W. SATTINGER, U. STEINEGGER, M. ZIMA, G. BIEDENBACH, "OVERHEAD LINE TEMPERATURE MONITORING PILOT PROJECT", CIGRt SESSION, B2-311, PARIS-FRANCE, 2006; C. BERNAUER y OTROS , "TEMPERATURE MEASUREMENT ON OVERHEAD TRANSMISSION LINES (OHTL) UTILIZING SURFACE ACOUSTIC WAVE (SAW) SENSORS", INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRICITY DISTRIBUTION CIRED, VIENNA-AUSTRIA, 2007 J. El sistema está compuesto por un radar que emite y recibe ondas electromagnéticas de alta frecuencia y un sensor pasivo SAW instalado en el conductor . El sensor está formado por un cristal piezoeléctrico que responde mediante un movimiento a la onda electromagnética de entrada . A su vez en el cristal hay varios elementos que convierten el movimiento en ondas electromagnéticas que son recibidas por el radar . Es posible determinar la posición de estos elementos, posición que depende de la elongación asociada a la temperatura . Además , la velocidad de propagación de la onda en el cristal también depende de su temperatura. Así, es posible determinar el valor de temperatura en un rango de hasta 150°C con una incertidumbre de 0,5°C.
Hay que mencionar también la utilización de la medida de temperatura distribuida ("distributed temperature sensing" DTS ) mediante fibra óptica . En el caso de incorporar fibras ópticas en el interior del conductor, es posible determinar la distribución de temperatura a lo largo del conductor
[US-2004/0105635-Al; H.L.M. BOOT, F.H. DE WILD, A.H. VAN DER WEY, G. BIEDENBACH, "OVERHEAD LINE LOCAL AND DISTRIBUTED CONDUCTOR TEMPERATURE MEASUREMENT TECHNIQUES , MODELS AND EXPERIENCE AT TZH", CIGRt SESSION, 22-205, PARIS-FRANCE, 2002;
S. NANDI, J.P. CRANE, P. SPRINGER, "INTELLIGENT CONDUCTOR SYSTEM TAKES ITS OWN TEMPERATURE", TRANSMISSION & DISTRIBUTION WORLD, NOVEMBER, PP. 58-62, 2003J. La incorporación de fibras ópticas en el conductor es, Sln embargo, complej a en conductores nuevos y, a efectos prácticos, inviable en las líneas eléctricas aéreas existentes.
Por otra parte, existe un sistema comercial de
mon ito riz ación bas ado en la me dida de tracción me cánica ,
de nomi nado CAT -1 y que es comercializa do por Va lley Group
[Pat entes US -52358 61, US -55178 64, US-59 1828 8; T. o. SEPPA , "A
5
PRACTI CAL APPROACH FOR INCREAS ING THE THERMAL CAPAB ILIT IES OF
TRANSM ISS ION LINES" , IEEE TRANSACT IONS ON POWER DEL IVERY , VOL .
8, N° 3, PP . 153 6-50 , JULY 19 93; T. o. SEPPA, "FACTORS
IN FLUENCING THE ACCURACY OF HIGH TEMPERATURE SAG
CALCULAT IONS" , IEEE TRANSACT IONS ON POWER DEL IVERY , VOL . 9, N°
10
2, PP . 10 79-1 089, APR IL 199 4 ; T. o. SEPPA , "ACCURATE AMPAC ITY
DETERMI NAT ION: TEMPERATURE-SAG MODEL FOR OPERAT IONAL REAL TIME
RAT INGS", IEEE TRANSACT IONS ON POWER DEL IVERY , VOL . 10, N° 3,
PP . 14 60-14 70 , JULY 1995; J. REASON , "TENSION MON ITORING:
DIRECT ROUTE TO DYNAMIC RAT ING" , ELECTRI CAL WORLD, VOL . 20 9,
15
NO . 8, AUGUST , PP . 22-25 , 1995; T.O. SEPPA y OT ROS , "U SE OF
ON -L INE TENSION MON ITORING FOR REAL -T IME THERMAL RAT INGS , ICE
LOADS AND OTHER ENV I RONMENTAL EFFECTS", CIGRÉ SES SI ON , 22 -10 2,
PARIS-FRANCE , 1998; T. O. SEPPA y OT ROS , "APPL ICAT ION OF REAL
TIME THERMAL RAT INGS FOR OPT IMIZING TRANSMI SS ION LINE
2 O
INVES TMENT AND OPERAT ING DEC IS IONS" , CIGRÉ SES SI ON , 22-3 01,
PARIS-FRANCE , 20 00; T. O. SEPPA, "INCREAS ING TRAN SMISS ION
CAPAC ITY BY REAL TIME MON ITORING" , IEEE PES WINTER MEET ING,
PP . 1208-11, 20 02; H.L .M. BOOT , F.H. DE WILD, A.H. VAN DER
WEY , G. BIEDENBACH , "OVERHEAD LINE LOCAL AND DIS TRIBUTED
25
CONDUCTOR TEMPERATURE MEASUREMENT TECHNIQUES , MODELS AND
EXPERI ENCE AT TZH" , CIGRÉ SES S ION , 22-205, PARI S-FRANCE, 2002;
M. WEI BEL , K. IMHOF, W. SATT INGER, U. STE INEGGER, M. ZIMA , G.
BIEDENBACH , "OVERHEAD LINE TEMPERATURE MON ITORING PILOT
PROJECT", CIGRÉ SESS ION , B2 -3 11, PARI S-FRANCE , 20 06J. Es te
30
sis tema , antes de comenzar lo que es la mo nitori zación
prop iamente di cha , se calibra con ob je to de determinar con la
me nor incertidumb re posible la relación entre la tracción
me dida y la temperatura del co nductor . Además , cuenta con un
sis tema especial para de terminar los va lores de las
35 condiciones meteorológicas de forma indirecta . En este sistema, la calibración consiste en medir dos parejas de
va lores tracción-temperatura del co nduc tor . Por una parte se
establece una referencia real de un determinado va lor de
temperatura para un determinado va lor de tracci ón . Por otra
5
par te , con la se gunda parej a de tracción-temperatura se aj usta
el va lor de la longi tud del vano de regulación ("ru ling
span ") . Una ve z reali za da la calibración, dur ante la
mo ni torización, se determina la temperatura del conductor a
partir de la tracción me dida .
10
El sis tema especial para de termi nar los va lores de las
condiciones me teorológic as de fo rma indirecta se de nomi na Net
Radiation Sensor y cons iste en un tubo de alumi nio que tiene
los ml smo s va lores de emi sividad y ab sort ividad que el
co nduc tor insta lado [Patente US -55594 30J Está instal ado en el
15
apoyo donde está colo cada la célula de carga y me diante un
se nsor se mide su temperatura . Es ta temperatura repres enta la
temperatura que te ndr ía el conductor en caso de que no pasara
corriente a travé s de él .
La ampac idad se calcula a part ir de ecuaClones térmicas ,
2 O
por ej emplo las propo rcionadas por CIGRE ["THERMAL BEHAV IOUR
OF OVERHEAD CONDUCTORS" , CIGRt 22-12 BROCHURE (REF . NO . 207) ,
200 2 J o por IEEE ["IEEE STANDARD FOR CALCULAT ING THE
CURRENT-TEMPERATURE RELAT IONSHIP OF BAR E OVERHEAD CONDUCTORS" ,
IEEE STD 73 8-2 006, 20 06J, en las que inte rvi enen el
25
cal entamiento Qs deb ido a la radi ación solar, el cal entamiento
Qj debido a la corriente que pasa por el conduct or, el
enfriamiento por radiación Qr y el enfriami ento por convec ción
debido al viento Qc.
A partir de la temperatura del Net Radiation Sen sor, la
30
temperatura del conductor estimada de la tracción y la
intens idad de corriente, se puede re alizar el cálculo de
ampacidad sin ne ces idad de me didas me teorológi cas adicio nale s.
La me dida de la temperatura del Net Radiation Sensor sustituye
a la me dida de radia ción solar y a la me dida de la temperatura
35 ambiente que haría falta para determinar la velocidad del viento mediante la que se obtiene la ampacidad . El
enfriamiento por radiación Qr Y por convec ción Qc depende n,
entre otras va riabl es , de la temperatura ambiente Ta del aire
alrededor del co nductor . si se susti tuye la tempe ratura
5
ambiente Ta por la tempe ratura me dida en el Net Radiation
Sensor Ts, de nomi nada temperatura solar, es posible elimi nar
en la ecuación térmi ca el término Qs de radiación sol ar . Es
de cir, la ecuación térmi ca es equivalente Sl se elimina el
cal entamiento Qs Y los va lores de Qr Y Qc se calculan a part ir
10
de la temperatura sol ar Ts en lugar de la temperatura ambiente
Ta [D .A. DOUGLAS S, A. EDRI S, "F IELD STUDIES OF DYNAM IC THERMAL
RAT ING METHODS FOR OVERHEAD LINES" , IEEE T& D CON FERENCE , NEW
ORLEANS -USA, PP . 84 2-51 , 1999; D.C. LAWRY , J. R. DACONT I,
"OVERHEAD LINE THERMAL RAT ING CALCULAT ION BASED ON CONDUCTOR
15
REPL ICA METHOD" , IEEE PES T& D CON FERENCE AND EXPOSIT ION , PP .
88 0-85, DALLAS -USA, 2003J.
Otra función del Net Radiation Sensor es real izar la
cal ibración antes ci tada . La temperatura del conductor
necesaria para la calibración no se mi de directame nte Sl no que
20
se estima a part ir de la tempe ratura me dida en el Net
Radiation Sensor . Para que esta temperatura se corresponda con
la que ti ene el co nduct or, es necesario que la lí nea esté Sl n
corriente o con una corriente muy pequeña .
A partir del principio de funcionami ento del Net
25
Radiation Sen sor, se ha de s arro llado un sis tema con ob je to de
determinar la temperatura del conductor de fo rma indirecta . Se
trata de dos barras me tálic as idénticas , que no ti enen porqué
ser iguales al conduct or, que van colo cadas en un apoyo de la
lí nea en dirección para lela al va no a mo ni torizar . En una de
3 O
las barras se inyecta corriente cuya intens idad se mide y en
la otra no se inyecta corriente . Se mide la temperatura en
ambas barras . Se ap lica la ecuación té rmi ca a la barra en la
que se inyecta corriente con obj eto de determinar la ve locidad
equivalente de viento . En lugar de ut ilizar la temperatura
35 ambiente Ta, se utiliza la temperatura solar Ts medida en la barra en la que no se inyecta corriente . A partir de la
temperatura solar Ts Y la velocidad equivalente de viento calculada, es posible determinar la ampacidad del conductor a partir de la temperatura máxima admisible o su temperatura 5 actual a partir del valor de intensidad de corriente medida. Este sistema se comercializa con el nombre de ThermalRate
[Solicitud de patente WO-02/091002; J.R. DACONTI, D.C. LAWRY, "INCREASING POWER TRANSFER CAPABILITY OF EXISTING TRANSMISSION LINES", IEEE PES TRANSMISSION AND DISTRIBUTION CONFERENCE AND
10 EXPOSITION, PP. 1004-09, DALLAS-USA, 2003; D.C. LAWRY, J.R. DACONTI, "OVERHEAD LINE THERMAL RATING CALCULATION BASED ON CONDUCTOR REPL ICA METHOD" , IEEE PES T& D CON FERENCE AND EXPOSITION, PP. 880-85, DALLAS-USA, 2003J
Aunque hay diversas propue stas para mo nito rizar la
15
fle cha en tiempo re al, actualme nte hay un único sis tema
comercial . De nomi nado Sa gometer, este sis tema de
mo ni tori zación on-l ine de flecha se basa en el pro cesamiento
de imágene s, [B . FORBES , D. BRADSHAW , F. CAMPBELL , "FINDING
HIDDEN CAPAC ITY IN TRANSMI SS ION LINES", TRAN SMISS ION &
2 O
DIS TRIBUT ION WORLD, SEPTEMBER, 20 02 J. Se instala una especie
de diana en mitad de la lí nea y se vi sualiza por una cáma ra
instal ada en el apoyo . Op cionalme nte se puede añadir un
sis tema de me dida de condi ciones me teorológicas con obj eto de
determinar la ampa cidad . Comerci aliza do por EDM , fue
25
desarrol lado con la financ iación de EPRI y California Energy
Commissi on .
Ex is ten otras propue stas que no han llegado a
comerc iali zar se . Por ej emplo , se desarrolló un sis tema de
mon ito riz ación de fle cha bas ado en un sis tema GPS diferencial
30
[C . MENSAH-BON SU y OT ROS , "APPL ICAT ION OF THE GLOBAL
POS ITIONING SYSTEM TO THE MEASUREMENT OF OVERHEAD POWER
TRANSMI SS ION CONDUCTOR SAG" , IEEE TRANSACT IONS ON POWER
DEL IVERY , VOL . 17, NO . 1, PP . 27 3-78 , 20 02 ; C. Mensah-Bonsu,
G.T. Heydt , "Ove rhead transmissi on co nductor sag: a nove l
35
me as ureme nt te chnique and the relation of sag to real time
circuit ratings", Electric Power Components and Systems, Vol.
31, pp. 61-69, 2003; C. Mensah-Bonsu, G.T. Heydt, "Real Time Digital Processing of GPS Measurements for Transmission Engineering", IEEE Transactions on Power Deli very, Vol . 18, N o. 1, pp. 1 7 7 -8 2 , 2 O O 3 J •
Por otra parte, en OLSEN R. G. AND EDWARDS, K. S., "A NEW METHOD FOR REAL-TIME MONITORING OF HIGH-VOLTAGE TRANSMISSION-LINE CONDUCTOR SAG", IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, VOL. 17, NO. 4, PP. 1142-52, 2002 se describe una propuesta de medir la corriente inducida en un conductor suspendido en paralelo .
Una propuesta más reciente y que está en desarrollo en Bélgica la presentada en J.L. Lilien, "Overhead power lines: a future trend?", IEEE TP & C Line Design Meeting, Alburquerque, 2006; J.L. Lilien, S. Guérard, J. Destiné, E. Cloet, "Microsystems array for live high voltages monitoring", CIGRÉ Session B2-302, Paris-France, 2006. Se trata de un sistema que determina el valor de la flecha a partir del procesamiento de vibraciones del conductor .
Según conocen los inventores , ninguno de los sistemas de monitorización de la ampacidad del estado de la técnica antes descritos ofrece a la vez sencillez de los medios de monitorización, exactitud en las mediciones , la posibilidad de obtener y evaluar las mediciones en tiempo real y facilidad de calibración .
Era, por tanto, deseable desarrollar un sistema de moni torización en tiempo real de la ampacidad de las líneas aéreas de alta tensión que incluyera tanto una implantación hardware como un control software remoto y permitiera establecer el grado de carga de la línea en la que se implante, de cara a conseguir un mejor aprovechamiento de la mlsma .
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene por obj eto superar al menos parte de los inconvenientes del estado de la técnica más arriba
detallados mediante un sistema y un método para la
monitorización de la ampacidad en líneas eléctricas aéreas .
Así, el sistema conforme a la invención comprende una pluralidad de módulos de monitorización instalados en los respectivos conjuntos de vanos entre dos cadenas de amarre . Cada conj unto de vanos está constituido por una pluralidad de torres de alta tensión, entre las que está tendido el conductor, de modo que ambos extremos del conjunto de vanos están delimitados por la conexión del conductor a las torres a través de sendas cadenas de amarre respectivamente y estando suj etado dicho conductor, a lo largo del conj unto de vanos por tantas torres y cadenas de suspensión como sea necesario . Al menos en uno de los extremos del conductor está colocado el módulo de monitorización, estando conectado cada uno de ellos a una disposición de sensores , y comprendiendo cada módulo al menos una unidad de registro y transmisión de datos para recoger y transmitir datos medidos por la disposición de sensores a la que está conectado . El sistema comprende además al menos una unidad remota que comprende medios transceptores para recibir los datos medidos recibidos por las unidades de registro y transmisión de datos de cada módulo y una unidad de proceso de datos para procesar los datos medidos recibidos por los medios transceptores, y se caracteriza porque
cada disposición de sensores está asignada a un conjunto de vanos entre dos cadenas de amarre , y comprende
un disposi ti vo medidor de tracción instalado entre la torre y el elemento aislador de al menos una de las cadenas de amarre que limitan el correspondiente conjunto de vanos entre dos cadenas de amarre, para
me dir
fuerzas de tracción me cánica ej ercidas por el
conductor
en el punto en el que está instalado el
dispo sitivo
me didor de tracci ón,
un dispositivo medidor de intensidad eléctrica para medir intensidades eléctricas en el conductor, pudiendo
estar dispuesto sobre el propio conductor o bien en cualquier punto de la instalación a través del cual se
pueda acceder a la me dida de la intens idad ,
un sensor de temperatura ambiente para me dir
va lores de las temperaturas ambiente y un se nsor de
5
radiación so lar para me dir radiaciones so lar es, est ando
dispue stos dichos sensores en la proximidad del conj unto
de va nos en el que está insta lado el disposit ivo me didor
de tracción, pudiendo es tar los se nsores de radiación
so lar y temperatura en el mó du lo de mo nit orización;
10
los va lores me didos recogidos por cada unidad de
recogida y transmis ión de da tos es tán comprendidos en
respectivo s conj unt os de dat os , comprendie ndo cada conj unto de
dat os va lores me didos de la fuerza de tracción, de la
intens idad eléc trica , de la temp eratura ambiente y de la
15
radiación so lar me didos en cada mome nto por la dispo sic ión de
se nsores con respecto al conj unto de vanos entre dos cadenas
de amarre y una ident ificación de l mó dulo de mo ni tori za ción al
que es tán as ignados;
la unidad de pro ceso de dat os calcula la ampac idad para
2 O
cada conj unto de va no s entre dos cadenas de amarre , a part ir
de cada conj unto de va lores me didos recibidos, determinando
en un primer pa so, un va lor calculado de la
temperatura del conductor del conj unto de vanos entre
dos cadenas de amarre a partir de l va lor me dido de la
25
fuerza de tracción, las carac teríst icas del co nduct or,
la longi tud del vano equivalente aba rcado por el
conj unto de vanos entre dos cadenas de amarre , una
referencia de tracción-temp eratura de conductor y la
deformación por fluenci a;
30
en un segundo pa so, me diante ecuaClones de
equilibrio térmi co y donde la dire cción del viento se
supone que tiene un determinado va lor de fo rma que la
única incógnita es la ve loc idad de l viento equival ente
en la dirección definida , la ve loc idad del vi ento a
35 partir del valor calculado de la temperatura del conductor, los valores medidos de la temperatura
ambiente, los valores medidos de la intensidad de corriente y los valores medidos de la radiación solar;
en un tercer paso, la ampacidad de cada del conjunto de vanos entre dos cadenas de amarre a partir de una temperatura máxima admisible del conductor, la temperatura ambiente, la radiación solar y la velocidad del viento calculada, mediante ecuaciones de equilibrio térmico donde la única incógnita es la intensidad de corriente correspondiente al valor de la ampacidad . la unidad de proceso de datos calcula también la
referencia de tracción-temperatura de conductor, la deformación de fluencia y la temperatura máxima admisible del
conductor
para cada conj unto de va no s entre do s cadenas de
amarre ,
a part ir de cada conj unto de va lores me didos
recibidos ,
determinando
en un primer paso, un valor calculado de la temperatura del conductor a partir de los valores medidos de la temperatura ambiente , los valores medidos de la intens idad de corriente y los valores medidos de la radiación solar
en un segundo paso, la referencia de tracción-temperatura de conductor a partir de los valores medidos de la fuerza de tracción y el valor calculado de la temperatura del conductor
en un tercer paso , la deformación por fluencia y la temperatura máxima admisible del conductor a partir de las características del conductor y la longitud del vano equivalente del conjunto de vanos, la referencia de tracción-temperatura de conductor y el límite de flecha .
En una realización preferente , la unidad de proceso de datos también determina, en un cuarto paso, el conj unto de vanos con la ampacidad más baj a de entre los conj untos de vanos correspondientes a una mlsma línea
eléctrica completa monitorizados, correspondiendo la ampacidad más baja a la intensidad de corriente máxima
admisible en la línea eléctrica aérea completa . Por otra parte, el método según la presente invención comprende monitorizar ampacidades en líneas eléctricas aéreas mediante un sistema que comprende una pluralidad de módulos de monitorización instalados en los respectivos conj untos de vanos entre dos cadenas de amarre . Cada conjunto de vanos está constituido por una pluralidad de torres de alta tensión, entre las que está tendido el conductor, de modo que ambos extremos del conj unto de vanos están delimitados por la conexión del conductor a las torres a través de sendas cadenas de amarre respectivamente y estando suj etado dicho conductor, a lo largo del conj unto de vanos por tantas torres y cadenas de suspensión como sea necesarlO . Al menos en uno de los extremos del conductor está colocado el módulo de monitorización, estando conectado cada uno de ellos a una disposición de sensores, y comprendiendo cada módulo al menos una unidad de registro y transmisión de datos para recoger y transmitir datos medidos por la disposición de sensores a la que está conectado. El sistema con el que se realiza el método comprende además al menos una unidad remota que comprende medios transceptores para recibir los datos medidos recibidos por las unidades de registro y transmisión de datos de cada módulo y una unidad de proceso de datos para procesar los datos medidos recibidos por los medios transceptores, de manera que
el método se caracteriza porque comprende asignar cada disposición de sensores a un conjunto de vanos entre dos cadenas de amarre;
medir fuerzas de tracción mecánica ej ercidas por el conductor en el punto en el que está instalado el dispositivo medidor de tracción mediante un dispositivo medidor de tracción instalado entre la torre y el elemento aislador de al menos una de las cadenas de amarre que limi tan el
correspondiente conjunto de vanos entre dos cadenas de amarre; medir intensidades eléctricas en el conductor, mediante
2 O
un dispositivo medidor de intensidad eléctrica, pudiendo estar dispuesto sobre el propio conductor o bien en cualquier punto de la instalación a través del cual se pueda acceder a la medida de intensidad;
medir valores de las temperaturas ambiente mediante un sensor de temperatura ambiente y medir radiaciones solares mediante un sensor de radiación solar, estando dispuestos dichos sensores en la proximidad del conj unto de vanos en el que está instalado el dispositivo medidor de tracción;
transmitir los valores medidos en cada momento por cada módulo de monitorización a la unidad de proceso de datos, en forma de conjunto de datos, comprendiendo cada conjunto de datos valores medidos de la fuerza de tracción, de la intensidad eléctrica, de la temperatura ambiente y de la radiación solar medidos en cada momento por la disposición de sensores con respecto al conj unto de vanos entre dos cadenas de amarre y una identificación del módulo de monitorización al que están asignados;
calcular, mediante la unidad de proceso de datos, la ampacidad para cada conj unto de vanos entre dos cadenas de amarre , a partir de cada conj unto de valores medidos recibidos , mediante un proceso que comprende determinar
en un primer paso, un valor calculado de la temperatura del conjunto de vanos entre dos cadenas de amarre a partir de los valores medidos de la fuerza de tracción, las características del conductor, la longitud del vano equivalente abarcado por el conjunto de vanos entre dos cadenas de amarre , una referencia de tracción-temperatura de conductor y la deformación por fluencia;
en un segundo paso, mediante ecuaclones de equilibrio térmico y donde la dirección del viento se supone que tiene un determinado valor de forma que la
35 única incógnita es la velocidad del viento equivalente en la dirección definida, la velocidad del viento a
partir del va lor calculado de la temperatura de l
conduct or, los va lores me didos de la tempe ratura
ambiente, los va lores me dido s de la intens idad de
5
corriente y los va lores me didos de la radiación so lar ;
en un tercer pa so, la ampacidad de cada conj unto de
vanos entre do s cadenas de amarre a part ir de una
temperatura máx ima admi sible del co nduct or, la
temperatura ambiente, la radiación so lar y la ve loc idad
10
del viento calculada , me diante ecuaciones de equilibrio
té rmi co donde la única incógnita es la intens idad de
corriente corre spondiente al va lor de la ampacidad;
calcular también, me diante la unidad de pro ceso de
datos , la referencia de tracción-temperatura de conductor y la
15
temperatura máx ima admi sible del conductor para cada conj unto
de vanos entre dos cadenas de amarre , a part ir de cada
conj unto de va lores me didos recibidos, determinando
en un primer pa so, un va lor calculado de la
temperatura de l conductor a part ir de los va lores
2 O
me didos de la temperatura ambiente , los va lores me didos
de la intens idad de corriente y los va lores me didos de
la radi ación so lar
en un segundo pa so, la referencia de
tracción-temperatura de conductor a partir de los
25
va lores me didos de la fuerza de tracción y el va lor
calculado de la temperatura de l conductor
en un tercer paso , la deformación por fluencia y la
temperatura máxima admi sible del conductor a part ir de
un mé todo que relaci ona caracte rísticas de l conductor y
30
la lo ngi tud del va no equivalente de l conj unto de va no s,
la referencia de tracción-tempe ratura de conductor y el
límite de flecha .
En una re ali zación preferente, la unidad de proceso
de dat os también de termina , en un cuarto pa so, el
35 conj unto de vanos con la ampacidad más baj a de entre los conj untos de vanos correspondientes a una mlsma línea
eléctrica completa monitorizados, correspondiendo la
ampacidad más baja a la intensidad de corriente máxima
admisible en la línea eléctrica aérea completa .
Las transmisiones de datos ente los módulos de monitorización y la unidad de proceso de datos pueden realizarse a través de redes GSM/GPRS de telefonía móvil, de manera que las unidades de registro y transmisión de datos de los módulos de monitorización y la unidad de proceso de datos comprenden respectivos sistemas de envío y recepción, como por ej emplo módems .
Conforme a la invención, la referencia tracción-temperatura de cada conjunto de vanos puede ser determinada en una calibración en la que la unidad de proceso de datos periódicamente examlna en cada conj unto de datos recibido de uno de los módulos de monitorización si durante un periodo de tiempo predeterminado se cumplen condiciones de calibración que comprenden que
los valores de la intensidad de corriente sean inferiores a un determinado valor umbral de intensidad de corriente,
los valores medidos de la fuerza de tracción no excedan de un intervalo definido por una desviación de tracción predeterminada .
Cuando se cumplen estas condiciones, la unidad de proceso de datos calcula los valores medios respectivamente de los valores medidos de la radiación solar, la intensidad de corriente, la fuerza de tracción y la temperatura ambiente, y calcula la referencia tracción-temperatura del conductor en base a estos valores medios .
Estas calibraciones se realizan en todos los conj untos de vanos monitorizados . Como se puede observar, la presente invención se basa en dos procesos de cálculo interrelacionados entre sí que se
ejecutan en paralelo, a saber, un proceso de calibración y un proceso de cálculo de ampacidad .
El proceso de calibración permite relacionar el valor de la tracción del conductor en un determinado instante de tiempo con el valor de la temperatura del conductor . La tracción se
5 mide directamente . Sin embargo, como el sistema desarrollado no obtiene una medida directa de la temperatura del conductor, ésta debe estimarse. Esta estimación de la temperatura del conductor se realiza a partir de la temperatura ambiente y de los valores de radiación solar e intensidad de corriente .
10 La estimación de la temperatura del conductor se basa en unas ecuaClones de equilibrio térmico a partir de las medidas de temperatura ambiente, radiación solar e intensidad de corriente . Para calcular la temperatura del conductor a partir de esas ecua Clones se supone una determinada velocidad de
15 viento . Las ecuaClones de equilibrio térmico pueden ser por ej emplo las proporcionadas por CIGRE ["THERMAL BEHAVIOUR OF OVERHEAD CONDUCTORS", CIGRÉ 22-12 BROCHURE (REF. NO. 207) , 2002 J o por IEEE ["IEEE STANDARD FOR CALCULATING THE CURRENT-TEMPERATURE RELATIONSHIP OF BARE OVERHEAD CONDUCTORS",
20 IEEE STD 738-2006, 2006J. Preferentemente, para asegurar una correcta estimación de la temperatura del conductor, ésta no se realiza sobre un valor puntual slno sobre una media realizada sobre un determinado periodo de tiempo . Con obj eto de garantizar que
25 las condiciones durante ese periodo de tiempo sean estables y no haya varlaClones significativas en los valores de temperatura y tracción, se calcula la desviación típica de la tracción durante el periodo de forma que se considera un periodo estable Sl dicha desviación está por debaj o de un
3 O determinado umbral . Finalmente, se calcula el valor medio de la tracción y temperatura del conductor durante ese periodo dando como resultado la calibración tracción-temperatura . La calibración tracción-temperatura se recalcula continuamente para poder tener en cuenta en la determinación
35 de la ampacidad los valores de deformación asociada a la fluencia. Para ello, es necesarla una referencia inicial sobre
la cual comparar la nueva referencia de tracción-temperatura . Se toma como referencia inicial los valores de tracción-temperatura correspondientes a la instalación del conductor en la línea. De esta manera, a partir de la diferencia entre la referencia de tracción-temperatura y su valor inicial , se actualiza el valor de deformación por fluencia. En el caso de conductores compuestos, donde el núcleo es de material distinto a las capas de aluminio externas, se debe actualizar tanto la fluencia del núcleo como la del aluminio . Por lo tanto , en este caso hay dos incógnitas y el problema puede tener infinitas soluciones . Por ello, antes de realizar el cálculo i terati vo se debe definir el porcentaj e de fluencia asociado al aluminio y al núcleo . Este reparto depende de las características específicas del tipo de conductor. Por último, con el nuevo valor de deformación por fluencia, se actualiza el valor de la máxima temperatura admisible . Para ello, mediante un proceso de cálculo iterativo , por ej emplo el método STOC descrito en l. ALBIZU ,
A.J. MAZON, 1. ZAMORA, "FLEXIBLE STAIN-TENSION CALCULATION METHOD FOR GAP-TYPE OVERHEAD CONDUCTORS", IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, VOL. 24, NO. 3, JULY, PP. 1529-1537, 2009, se obtiene la temperatura que hace que la flecha sea igual a la máxima flecha admisible . Los valores actualizados de deformación por fluencia, temperatura máxima admisible y referencia de tracción-temperatura son los valores variables
que
si endo obtenido s en el pro ceso de calibración , son
utili zados
en el pro ceso de cálculo de ampacidad .
De
lo anteri or, se despre nde que el pro ceso de
calibración requiere la medida de tracción, temperatura ambiente, radiación solar e intensidad de corriente y la calibración se realiza cuando se dan una serie de condiciones establecidas previamente . Estas condiciones suponen que el calentamiento del conductor sea pequeño de forma que la
temperatura del conductor sea similar o en todo caso algún oC mayor que la temperatura ambiente . Así, una de las condiciones
es que la corriente que lleva la línea tenga un valor pequeño , estando por debaj o de un determinado umbral predefinido . Por otra parte , para poder realizar la calibración se debe dar una condición adicional . Esta condición es que los valores de tracción permanezcan constantes durante cierto periodo de tiempo . Esta condición se evalúa según la desviación típica, de forma que ésta debe estar por debaj o de un determinado umbral . Por tanto, debe tenerse en cuenta que el proceso de calibración, aunque se ejecuta continuamente, proporciona valores actualizados sólo cuando se cumplen las condiciones asociadas a los valores definidos para los umbrales más arriba citados .
Con los datos de calibración es posible realizar la moni torización basada en un proceso de cálculo de ampacidad mediante el cual se obtiene de forma continua el valor de ampacidad a partir de las medidas de tracción, temperatura ambiente, radiación solar e intensidad de corriente .
Para realizar el cálculo de la ampacidad, además de las medidas mencionadas , son necesarios otros valores . Entre estos valores, unos son constantes mientras que otros son variables en el tiempo . Los valores variables son proporcionados por el proceso de calibración anteriormente descrito en la presente memorla descriptiva, mientras que los valores constantes corresponden a valores que se consideran constantes en el tiempo como por ej emplo el área del conductor, el coeficiente de expansión del conductor (o del núcleo y aluminio), la longitud del vano equivalente y el límite de flecha .
El primer paso para el cálculo de ampacidad necesarlO para la monitorización conforme a la presente invención comprende la obtención de la temperatura del conductor a partir de la tracción medida . Para ello , es necesarlO una referencia de tracción-temperatura y el valor de la deformación por fluencia desarrollada desde el instante asociado a dicha referencia . Estos valores son proporcionados
por el proceso de calibración. Por lo tanto, la temperatura
del conductor se obt iene me diante un pro ceso de cálculo
iterativo , por ej emplo el mé todo STOC me ncionado previamente ,
que aSOCla la tracción me dida a un determinado va lor de
5
temperatura del co nductor .
El si guiente paso compre nde el cálculo del vi ento que
incide en el co nductor . Este va lor se obt iene a part ir de unas
ecuaciones de equilibrio térmi co citadas previ ame nte donde la
temperatura del conduct or, la temperatura ambiente, la
10
intens idad de corriente y la radiación so lar son conocidas y
donde la única incógnita es el va lor de la ve locidad del
viento . Dado que , en realidad , son de sc onoc idas la dirección y
ve lo cidad de viento, se supone una determinada dirección y se
calcula la ve locidad aso ciada a esa dirección .
15
Finalmente, el últ imo paso comprende el cálculo de la
ampac idad que se real iza a part ir de las mi smas ecuaClones de
equilibrio térmi co citadas previamente . En este caso se trata
de calcular la intens idad de corriente que hace que la
temperatura de l conductor sea igual a la temperatura máx ima
2 O
admisible . Di cha temperatura máxima admi sible ha si do
propo rcionada por el pro ceso de calibraci ón .
Debe tenerse en cuenta que el pro ceso de cálculo de
ampacidad se re aliza cont inuamente, de fo rma que el va lor de
la ampac idad se actualiza cada ve z que se toman nuevas
25
me didas . Con ob je to de evitar que las var iaciones asociadas a
me didas puntua les puedan afectar a la estima ción de ampacidad,
en lugar de va lores puntua les de las me didas pueden ut ilizarse
me dias de las últimas me didas . De esta forma , se suavi za la
curva de ampacidad en el ti empo .
3 O
El sis tema conforme a la pres ente invención mon itori za
en ti empo real los va lores de tracción me cánica de la línea,
de temperatura ambiente, de radiación sol ar y de intens idad de
corriente . Los va lores mo nito rizados son transmit idos a una
unidad de pro ceso de da tos remota que , a part ir de dichos
35 valores y mediante un software específicamente desarrollado 35 conforme a la presente invención permite la estimación de la ampacidad que a su vez permite definir, de manera precisa y en
para el sis tema , además de cons iderar la deformación plás tica
por fluencia del co nduct or, calcula el va lor de la intens idad
máx ima que es capaz de soportar la lí nea en cada instante
mo nitor izado .
5
El sis tema de la pres ente invención se diferencia del
es ta do de la téc nica en que , Sl bien existen sis temas del
es ta do de la téc nica que permiten mo nitori zar determi nados
parámetros de la lí nea y estimar la ampac idad de la línea,
ni nguno de los ml smo s re aliza el cál culo a part ir de la
10
mon ito riz ación exclus iva de la tracción me cáni ca , la
temperatura ambiente , la radi ación so lar y la intens idad de
corriente . Además , el sis tema conforme a la pres ente invención
simplif ica la calibración de la tracción con la tempe ratura
del conductor al estimar la temper atura de l co nduc tor a part ir
15
de la temperatura ambiente , la radiación sol ar y la intens idad
de corriente . Por otra parte , en una re aliza ción preferente de
la invención, el sis tema de la pres ente invención también
pre senta como nove dad que se cons idera el impacto de la
var iación de la temperatura máx ima admisible y la fluencia del
2 O
co nductor en la estima ción de la ampacidad, evitándo se así
errores en la de terminación de la intens idad máx ima admi sible
o ampacidad de la línea mo nitori za da .
El he cho de re ali zar la mo ni toriz ación exclus ivame nte de
la tracción me cánica , la temperatura ambiente, la radiación
25
sol ar y la intens idad de corriente permi te es tablecer un
mé todo preciso de cálculo de la ampac idad ya que , por una
par te, no precisa de la mon ito riz ación del viento, parámetro
que puede ve rse afe ctado de importantes errores en su me dida
y, por otra parte , permite considerar en el proceso de cálculo
30
la var iación de la deformación plás tica por fluencia del
conductor y su temperatura máxima admisible , me diante un
proceso de recalculo periódico que permi te de terminar el
afloj ami ento que experime ntan los co nduct ores de la línea a
largo de su vida en la instalación . Por lo tanto, el sistema
todo instante monitorizado, la máxima intensidad que es capaz de soportar la línea monitorizada sin que se sobrepasen los requisitos reglamentarios a los que se ve impuesta, y puede monitorizar en tiempo real la ampacidad de las líneas aéreas de transporte y distribución de energía eléctrica, con el obj eto de establecer su grado de carga de potencia eléctrica y ayudar en la mej ora de su explotación . El sistema se puede utilizar en cualquier línea aérea dedicada al transporte o distribución de energía eléctrica, sea cual sea su nivel de tensión .
El cálculo de la ampacidad conseguido con el sistema conforme a la presente invención se considera preciso y ventaj oso frente a los sistemas convencionales debido a que se basa en un sistema de medida de tracción, que permite realizar un análisis de la fluencia o alargamiento permanente que va a experimentar el conductor a lo largo de su vida . Esta estimación permitirá realizar un recalculo de condiciones para afinar con mayor precisión en la determinación del grado de saturación de la línea . El alargamiento permanente o fluencia se determina mediante la calibración entre la tracción y la temperatura del conductor . Una disminución del valor de la tracción a una determinada temperatura del conductor evidencia un alargamiento permanente . Este alargamiento se aSOCla al núcleo y al aluminio .
La importancia de asignar el alargamiento al aluminio o al núcleo está relacionada con un fenómeno que se produce en los conductores al aumentar la temperatura . Por enClma de cierta temperatura, denominada temperatura de transición, el aluminio queda floj o y toda la carga mecánica es soportada por el núcleo . La temperatura de transición varía en función del alargamiento permanente de aluminio y núcleo . Al varlar la temperatura de transición, varía la temperatura máxima admisible, es decir, la temperatura a la que se alcanza la
flecha límite . Al variar la temperatura máxima admisible varía
la ampacidad .
El hecho de cuantificar el alargamiento y asignarlo al núcleo o aluminio, afecta únicamente al resultado de aquellos conductores que alcanzan la flecha máxima con una temperatura que esté por encima de la temperatura de transición. Hay una familia de conductores, conocidos como conductores de altas prestaciones térmicas , que generalmente alcanzan la flecha máxima por encima de la temperatura de transición, por lo que el cálculo se mej ora para estos conductores . Además , en el caso de que la ampacidad esté limitada por la flecha, como ocurre en la mayor parte de las líneas , el aumento de deformación por fluencia hace que la temperatura a la que se alcance el límite de flecha se reduzca . Es decir, la fluencia da como resultado una reducción de la temperatura máxima admisible y, en consecuencia, de la ampacidad.
Puede observarse que la presente invención supera los inconvenientes del estado de la técnica mediante un sistema y un método que se puede implantar en líneas eléctricas aéreas tanto nuevas o ya existentes .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
A continuación se describen aspectos y realizaciones de la invención sobre la base de unos dibuj os , en los que
la figura 1 es una vista esquemática de una torre de alta tensión en la que está montado un módulo de monitorización, según una realización de la presente invención, en una de las fases de uno de los circuitos que componen una línea,
la figura 2 es un diagrama de bloques del módulo de monitorización mostrado en la figura 1;
las figuras 3 y 4 muestran esquemáticamente los elementos principales de una realización del sistema conforme a la presente invención;
la figura 5 es un diagrama que refleja una realización del proceso de cálculo de la ampacidad de un conductor, conforme a la presente invención;
la figura 6 es un diagrama que reflej a una realización del
proceso de calibración de la referencia tracción/temperatura del conductor, conforme a la presente invención;
la figura 7 es un diagrama que reflej a una realización del proceso de calibración de la temperatura máxima admisible del conductor, conforme a la presente invención .
En estas figuras aparecen unas referencias que identifican los siguientes elementos:
1, lA ... 1N torre de transporte eléctrico
la brazo de soporte de la torre
2,2' conductor
3 conexión puente entre conductores
4, 4' cadena de amarre 5 cadena de suspensión
6 disposi ti vo medidor de tracción (célula
de carga ) 7 , 7A ... 7N módulo de monitorización 8 dispositivo medidor de intensidad
eléctrica
9
se nsor de temperatura
10
se nsor de radiación sol ar
11
unidad de regis tro y transmis ión de
dat os
11a
antena
12
sis tema de alimentación eléc trica
12a
placa so lar fotovoltaica
13, 13A ... 13N
conj untos de da tos
14, 14 A ... 14N
conj unto de vanos entre dos cadenas de
amarre
15
red de telefonía móvi l
16
centro remoto
16 a
me dios transceptores (módem )
16b
unidad remota de pro ceso de dat os
AC
ampacidad
CC
carac teríst icas del conductor
DF deformación por fluencia FT fuerza de tracción
rc
intens idad de corriente
LF
límite de flecha
Ref-TT
referencia de tracción-temp eratura del
conductor
en la actuali zación de la
calibración
Re f-TT-ini
referencia de tracción-temperatura del
conductor
en el mome nto de la
instalación
del conductor
RS
radia ción sol ar
TA
temperatura ambiente
TC
temperatura de conductor
TC-cal
temperatura de conductor en la
calibración
Tmax
temperatura máx ima admi sible del
conductor
v
lo ngi tud de va no equivalente
VV
ve loc idad del viento
MODOS DE REALIZAR LA INVENCIÓN
En la figura 1 se puede apreciar una torre de alta tensión -1-en sí convencional en la que está montado un equipo de monitorización, segón una realización de la presente invención, en una de las fases de uno de los circuitos que componen una línea. La torre -1-presenta seis brazos de soporte -la-, en los que están instalados sendas cadenas de amarre -4 ,4'-de los que cuelgan respectivamente dos conductores -2,2' -. Cada cadena de amarre -4 f 4' -está mecánicamente en serle entre uno de los conductores -2, 2' -y el punto de amarre en el brazo de soporte -1a-, de forma que la tracción mecánica del conductor -2,2' -y la de la cadena de amarre -4,4'-es la misma. Por otro lado, la disposición de la cadena de amarre -4 ,4'-en un brazo soporte 1a-produce una discontinuidad mecánica entre los conductores -2, 2' -, por lo que los conductores -2, 2' -tienen su
continuidad eléctrica mediante la conexión puente -3-. En la torre -1-está montado un módulo de monitorización -7-que
comprende una caj a y cuyas características se describen más abajo en la presente memorla descriptiva.
Entre una de las cadenas de amarre -4-y el punto de enganche en el brazo de soporte -la-correspondiente, está montado un dispositivo medidor de tracción -6-, que puede ser una célula de carga en sí convencional y que mide las fuerzas de tracción mecánica ej ercidas por el conductor -2correspondiente en su punto de enganche en el brazo de soporte -la-en el que está enganchado . Además , en el conductor -2-o en un punto de la instalación que permita medir su corriente , está instalado un dispositivo medidor de intensidad eléctrica -8-para medir intensidades eléctricas en el conductor -2considerado .
Como se ve en la figura 2, el módulo de monitorización -7-comprende un sistema de alimentación eléctrica -12-que comprende una batería (no mostrada en la figura 2) Y que recibe energía eléctrica suministrada por una placa fotovoltaica -12a-que se encuentra en la proximidad del módulo -7-, así como una unidad de registro y transmisión de datos -11-en Sl convencional con un módem también convencional, como por ejemplo un módem GSM/GRPS (no mostrado en la figura 2) identificado por un número de telefonía móvil, conectado a una antena -lla-y medios de registro de datos (no mostrados en la figura 2) también en sí convencionales, como por ej emplo una memorla programable . En la proximidad del módulo -7-están montados además un sensor de temperatura ambiente -9-y un sensor de radiación solar -10-. Para suministrar energía eléctrica de funcionamiento, el sistema de alimentación eléctrica -12-está conectado a la unidad de registro y transmisión de datos -11-, al sensor de temperatura -9-, al sensor de radiación solar -10-, así como a cada dispositivo medidor de tracción -6-. Cada dispositivo medidor de intensidad eléctrica -8-también está alimentado por un
sistema de alimentación eléctrica que puede ser el mismo -12Sl está colocado en la proximidad del módulo -7-. Como se muestra en la figura 4 las unidades de registro
Cada uno de los disposi ti vo s me didores de tracción -6-,
cada disposi ti vo me didor de intens idad eléc trica -8-, cada
se nsor de tempe ratura -9y cada sensor de radiación so lar
5
-10es tán conectados al me nos a una unidad de regis tro y
transmis ión de dat os -11que recoge los va lores me didos en
cada mome nto por el se nsor de temper atura -9-, por el sensor
de radiación so lar -10-, por los dispo si tivo s me didores de
tracción -6y por los dispo si tivo s se nsores de intens idad
10
el éc trica -8-, y transmi te esos va lores me dido s, junto con una
ident ificación del mó du lo -7que puede ser, por ej emplo , un
núme ro de tel efonía móvi l corre spondiente a un módem incluido
en la unidad de regis tro y transmis ión de dat os -11-, se gún
rut inas prees table cidas que pueden ser transmis iones a
15
inte rvalos periódicos prees tablecidos y/o después de haber
recibido una consulta externa .
La figura 3 mue stra un conj unto de va no s entre dos
cadenas de ama rre -4const ituido por una pl ura lidad de torres
de alta tens ión -lA ... 1N-, entre las que está te ndido el
2 O
conductor -2 -, de mo do que ambos ext remo s del conj unto de
va no s -14es tán de l imi tado s respect ivame nte por la conexión
del conductor -2a las torres -lA, 1Na travé s de sendas
cadenas de amarre -4y estando suj et ado di cho conductor -2-,
a lo largo del conj unto de va no s -14por tantas torres
25
-l ,lA, lB ... 1NY cadenas de suspe nsión -5como sea necesarlO .
As imi smo , al me nos en uno de los ext remo s del conj unto de
vanos -14está colo cado el dispo si ti vo me didor de tracción
-6como se mue stra en la fi gura 1, y el mó du lo de
mon ito riz ación -7con carac teríst icas análogas a las del
30
mó dulo de mon itoriz ación mo st rado en la fi gura 2.
La cadena de suspe nsión -5cue lga ve rticalme nte del
bra zo de soporte -la -y de su extremo inferior cue lga el
co nduc tor -2que tiene continuidad tanto me cánica como
eléctrica . De esta fo rma , el conj unto de va no s entre dos
35
cadenas de amarre -14tiene continuidad me cáni ca .
y transmisión de datos -11-asociadas a cada conjunto de vanos entre dos cadenas de amarre -14-son capaces de registrar los valores medidos en cada momento por el sensor de temperatura -9-, el sensor de radiación solar -10-, el dispositivo medidor de tracción -6-y el dispositivo medidor de intensidad eléctrica -8-del conductor -2-al que están asignados y de transmitir esos valores medidos a través de la red de telefonía móvil -15-a un centro remoto -16-que comprende medios transceptores -16a-y una unidad remota de proceso de datos -16b-.
Dado que las unidades de registro y transmisión de datos -11-comprendidas en cada uno de los módulos de monitorización -7-asocian los valores medidos a los diferentes conjuntos de vanos entre dos cadenas de amarre -14A ... 14N-, los valores medidos desde cada módulo -7-se transmiten al centro remoto -16-en forma de conjuntos de datos -13A ... 13N-que permiten identificar a la unidad remota de proceso de datos -16b-el
conj unto
de vanos entre dos cadenas de amarre -14 del que
provi enen
los respectivo s va lores me didos .
La
unidad remo ta de pro ceso de dat os -16b recoge los
datos transmitidos para que sean gestionados por un software que , además de permitir visualizar los datos reales de la moni torización, llevará a cabo la estimación precisa de la ampacidad o intensidad máxima admisible de cada conjunto de vanos entre dos cadenas de amarre -14A ... 14N-en cada instante. Además, el sistema proporcionará la calibración, la estimación de la temperatura del conductor y determinará la fluencia sufrida por los conductores a lo largo de su vida útil actualizando así la calibración .
Como se puede apreciar en la figura 5, la unidad de proceso de datos -16b-calcula la ampacidad -AC-para cada conjunto de vanos entre dos cadenas de amarre -14A ... 14N-, a partir de cada uno de los conjuntos de valores medidos
-
13A .... 13N-recibidos, mediante un proceso en el que, en un
prime r paso , se det ermina un va lor calculado de la temperatura
de conductor -TCdel conj unto de vanos entre dos cadenas de
amarre -14a part ir de un mé todo que relaciona el va lor
me dido de la fue rza de tracción -FT-, cara cte rísticas -CCdel
5
conj unto de va nos -14y la longitud del va no equivalente -V
del conj unto de va nos , una referencia de tracción-temperatura
de conductor -Ref -TTy la deformación por fluencia -DF-. En
un se gundo paso la unidad de pro ceso de dat os -16bdetermina
la ve loc idad del vi ento -VVme diante las ecuaClones de
10
equilibrio térmico ya de sc ritas y do nde la dirección de l
viento se supone que tiene un determinado va lor de fo rma que
la única incógnita es la ve locidad del vi ento -VVequivalente
en la dire cción definida , a part ir del va lor calculado de la
temperatura del conductor -TC-, el va lor me dido de la
15
temperatura ambi ente -TA-, el va lor me dido de la intens idad de
corriente -ICy el va lor me dido de la radiación so lar -RS-.
Finalme nte y en tercer pa so, la unidad de pro ceso de dat os
determina la ampac idad -AC de cada conj unto de vanos ente dos
cadenas de amarre -14a part ir de una tempe ratura máxima
2 O
admi sible -Tmaxdel conj unto de vanos entre dos cadenas de
amarre -14-, la tempe ratura ambiente -TA-, la radi ación so lar
-RSy la ve loc idad del viento calculada -VV-, me diante
ecuaciones de equilibrio térmi co donde la única incógnita es
la intens idad de corriente corre spondiente al va lor de la
25
ampacidad -AC-.
Se gún la re aliz ación del pro ceso de calibración de la
referencia temperatura-tracción del conductor mo strada en la
fi gura 6, la unidad de pro ceso de da tos -16bexamlna en
primer lugar en un conj unto de da tos -13recibido de uno de
30
los mó dulos de mo nitori zación si dur ante un periodo de ti empo
-tpredeterminado de y minut os -y min-que puede ser , por
ej emplo , 20 mi nutos , los va lores de la intens idad de corriente
-ICson inferiores a un determinado va lor umbral de
intens idad de corriente -xAcomo por ej emplo 100 A Y los
35
va lores me didos de la fuerza de tracción -FTno excedan de un
intervalo -DFT-marcado por una desviación de tracción predeterminada -xkg-. Cuando se cumplen estas condiciones, la unidad de proceso de datos calcula los valores medios -0respectivamente de los valores medidos de la radiación solar, la intensidad de corriente, la fuerza de tracción y la temperatura ambiente -0RS, 0IC, 0FT, 0TA-. A partir de los valores medios de radiación solar, de intensidad de corriente y de temperatura ambiente y mediante ecuaciones de equilibrio térmico, por ejemplo los dados por CIGRÉ, se calcula el valor de la temperatura del conductor en la calibración -TC-cal-. Con este valor y j unto con el valor medio de la fuerza de tracción -0FT-se obtiene la referencia tracción temperatura -Ref-TT-. Esta referencia tracción-temperatura -Ref-TT-es la que se emplea en la determinación de las ampacidades en el cable monitorizado .
En la figura 7 puede apreciarse una realización de la calibración de la temperatura máxima admisible -Tmax-del conjunto de vanos entre dos cadenas de amarre -14-. Primero, en base a la referencia tracción-temperatura calibrada Re f-TT-y a la referencia tracción-temperatura inicial Ref-TT-ini-determinada en el momento de la instalación del conductor, se calcula la deformación por fluencia -DF-. Después, en base a la deformación por fluencia -DF-y al límite de flecha -LF-resultante de la deformación por fluencia -DF-se calcula la nueva temperatura máxima admisible -Tmax-del conjunto de vanos entre dos cadenas de amarre -14-.
Estas calibraciones se realizan para todos los conjuntos de vanos entre dos cadenas de amarre que componen la línea eléctrica aérea que se está monitorizando con respecto a su ampacidad .
A continuación y a fin de facilitar la comprensión del funcionamiento del sistema antes descrito se describe un ej emplo, no limi tati vo f referente a la aplicación del sistema en la calibración, la actualización de la calibración y la determinación de la ampacidad .
Para el proceso de cálculo, en primer lugar se definen
los valores de una serle de constantes: longitud del vano equivalente -v-350 m, conductor ACSR Hen, límite de flecha LF-8,52 m.
Ejemplo de la calibración del sistema: Para el proceso de calibración debe conocerse la referencia de tracción-temperatura inicial asociada a la instalación del conductor . En este ej emplo su valor es 2937kg-15°C
(Ref-TT-ini )
A partir de la referencia tracción-temperatura inicial y del valor de fluencia inicial , cuyos valores unitarios son de 7, 1. 10-4 en el aluminio y de 2, 1. 10 -5 en el núcleo, se calcula la temperatura máxima admisible inicial mediante un método iterativo de cálculo mecánico , por ej emplo el método STOC citado previamente . En este caso la temperatura máxima admisible inicial tiene un valor de 90°C. Además deben definirse una serie de parámetros de aj uste:
•
Umbral de intens idad de corriente: 100 A
•
Umbral de desviación típica de la tracción: 5 kg
•
Periodo de tiempo sobre el que se calcula la media de tracción y temperatura: 20 minutos Se evalúa de forma continua que la intensidad de
corriente y la desviación típica de la tracción estén por debaj o de los umbrales definidos . Cuando se cumplen estas condiciones, se procede a calcular la referencia tracción-temperatura -Ref-TT-. Por ej emplo , supongamos que se han cumplido las condiciones porque durante los últimos 20 minutos la intensidad ha estado por debajo de 100 A Y la desviación típica de la tracción ha sido menor a 5 kg . Por lo tanto se procede a calcular los valores medios de radiación solar, intensidad de corriente, fuerza de tracción y temperatura ambiente -0RS , 0IC, 0FT, 0TA-. Supongamos que en ese instante los valores medios obtenidos son O W/m2, 97 A, 2806 kg Y 14,2 ° C. A partir de los valores medios de radiación solar, de intensidad de corriente y de temperatura ambiente y mediante ecuaClones de equilibrio térmico, por ejemplo los dados por
ClGRÉ, se calcula el valor de la temperatura del conductor en
la calibración -TC-cal-, que da como resultado 15 oC. A partir de ello y junto con el valor medio de la fuerza de tracción 0FT-, se ha obtenido la referencia tracción temperatura Ref-TT que vale 2806 kg-15 oC.
A partir de esta nueva referencia, se actualiza la deformación por fluencia . En este ej emplo , el resultado obtenido por un método i terati vo de cálculo mecánico es un
aumento de la deformación unitaria en el aluminio de 1, 04. 10 5
Y de 9, 04 . 10 -en el núcleo . Este aumento se ha producido desde el instante de instalación del conductor . Por tanto, a partir del límite de flecha se recalcula el valor de la temperatura máxima admisible mediante un método i terati vo de cálculo mecánico. En este caso, la temperatura máxima admisible -Tmax-obtenida es 87 oC.
Ej emplo del cálculo de la ampacidad:
En este ejemplo, las medidas en un momento dado son las siguientes: tracción -FT-2095 kg, temperatura ambiente -TA20°C, radiación solar -RS-467 W/mm2, intensidad de corriente -lC-298 A.
En primer lugar, a partir de la tracción -FT-, la referencia tracción-temperatura -Ref-TT-, los valores de fluencia -DF-, las características del conductor -CC-y la longi tud del vano equivalente se calcula mediante un método i terati vo de cálculo mecánico la temperatura del conductor TC-que en este caso es de 36°C.
Posteriormente , a partir de la temperatura ambiente TA-, la radiación solar -RS-, la intensidad de corriente -lCy la temperatura del conductor -TC-, mediante un método de cálculo térmico, por ejemplo el dado por ClGRE, se calcula la velocidad del viento -VV-. El resultado de este cálculo da un valor de 0, 94 mis suponiendo que su dirección es perpendicular al conductor .
Finalmente, se calcula el valor de la ampacidad a partir
de la temperatura máxima admisible -Tmax-, ya calculada en la calibración, la temperatura ambiente -TA-, la radiación solar
-RS-y la velocidad de viento -VV-mediante un método de cálculo térmico, por ejemplo el dado por CIGRE. En este caso el valor de la ampacidad es de 431 A.
5 En este ejemplo se observa que la intensidad de corriente (298 A) es menor que el valor de la ampacidad (431 A) de forma que la línea opera de forma segura . Además , el valor de la ampacidad indica hasta donde se podría aumentar la corriente según las condiciones actuales .

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1. sistema para la monitorización de ampacidades en líneas eléctricas aéreas que comprende
    una pluralidad de módulos de monitorización (7 ) instalados en respectivos conj untos de vanos (14, 14A ... 14N) entre dos cadenas de amarre (4, 4'), estando cada conj unto de vanos (14, 14A ... 14N) constituido por una pluralidad de torres de alta tensión (lA ... 1N) , entre las que está tendido un conductor (2) , de modo que ambos extremos del conj unto de vanos (14, 14A. .. 14N) están delimitados por la conexión del conductor (2) a las torres (lA ... 1N) a través de sendas cadenas de amarre (4, 4' ) Y estando sujeto dicho conductor (2) a lo largo del conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) por torres
    (lB, le) y cadenas de suspensión (5) , estando colocado al menos en uno de los extremos del conductor (2) uno de los módulos de monitorización (7 ) que está conectado a una disposición de sensores, y comprendiendo cada módulo de monitorización (7) al menos una unidad de registro y transmisión de datos (11) para recoger y transmitir datos medidos por la disposición de sensores a la que está conectado ;
    al menos una unidad remota ( 16) que comprende medios transceptores (16a) para recibir los datos medidos desde las unidades de registro y transmisión de datos (11) de cada módulo de monitorización (7) y una unidad de proceso de datos
    (16b) para procesar los datos medidos ;
    caracterizado porque
    cada disposición de sensores está asignada a un conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) , Y compre nde
    un disposi ti vo medidor de tracción (6) instalado entre la torre (1) Y el elemento aislador de al menos una de las cadenas de amarre (4) , para medir fuerzas de tracción mecánica (FT) ejercidas por el conductor (2) en el punto en el que está instalado el dispositivo medidor
    de tracción (6) ,
    un disposi ti vo medidor de intensidad eléctrica (8)
    para medir intensidades de corriente eléctricas (rC) en el conductor (2) , dispuesto en un punto de la instalación a través del cual se pueda acceder a la medida de intensidad,
    un sensor de temperatura ambiente (9) para medir valores de las temperaturas ambiente (TA) y un sensor de radiación solar (10) para medir radiaciones solares
    (RS) , estando dispuestos dichos sensores (9, 10) en la proximidad del conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) en el que está instalado el disposi ti vo medidor de tracción
    (6) ;
    cada unidad de registro y transmisión de datos (11) está diseñada para recoger los datos medidos comprendidos en respectivos conjuntos de datos (13, 13A ... 13N) que comprenden cada uno valores de la fuerza de tracción (FT) , de la intensidad de corriente (rC) , de la temperatura ambiente (TA) y de la radiación solar (RS) medidos en cada momento por la disposición de sensores (6,8,9, 10) con respecto al conj unto de vanos (14, 14A 14N) Y una identificación del módulo de monitorización (7 ) al que están asignados; la unidad de proceso de datos (16b) está diseñada para calcular la ampacidad (AC) para cada conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) , a partir de cada conjunto de datos (13, 13A ... 13N) recibidos, determinando
    en un primer paso, un valor calculado de la temperatura (TC) del conductor (2) del conjunto de vanos
    (14, 14A ... 14N) a partir de los valores medidos de la fuerza de tracción (FT) , las características (CC) del conjunto de vanos (14, 14A 14N) , la longitud del vano equivalente (V) abarcada por el conductor (2) , una referencia de tracción-temperatura de conductor (Ref-TT ) y la deformación por fluencia (DF) ;
    en un segundo paso, mediante ecuaclones de
    equilibrio térmico y donde la dirección del viento se supone que tiene un determinado valor de forma que la
    única incógnita es la ve locidad del vi ento (VV)
    equivalente en la dire cción definida , la ve loc idad de l
    viento (VV) a part ir del va lor calculado de la
    5
    temperatura del conductor (TC) , los va lores me dido s de
    la temperatura ambiente (TA) , los va lores me didos de la
    intens idad de corriente (r C) y los va lores me dido s de la
    radiación so lar (RS) ;
    en un tercer pa so, la ampacidad (AC) de cada
    10
    conj unto de va no s (14, 14A. .. 14N) a part ir de una
    temperatura máxima admi sible (Tmax ) de l conj unto de
    vanos (14, 14 A ... 14N) , la temperatura ambiente (TA) , la
    radiación sol ar (RS) y la ve loc idad del vi ento calculada
    (VV) , me diante ecuaciones de equi librio térmi co donde la
    15
    única incógnita es la intens idad de corriente
    corre spondiente al va lor de la ampac idad (AC) ,
    la unidad de proceso de da tos -16bestá diseñada además
    para calcular la referencia de tracción-temperatura de
    conductor (Ref -T T) , la de forma ción por fluencia (D F) y la
    20
    temperatura máx ima admi sible (Tmax ) del conductor (2) para
    cada conj unto de vanos (14, 14A ... 14 N) , a part ir de cada
    conj unto de dat os (1 3, 13A ... 13N) , determinando
    en un primer pa so, un va lor calculado de la
    temperatura del conductor en la calibración (TC-cal ) a
    25
    partir de los va lores me dido s de la temperatura ambiente
    (TA) , los va lores me didos de la intens idad de corriente
    (r C) y los va lores me didos de la radiación so lar (RS) ,
    en un segundo pa so, la referencia de
    tracción-temperatura de conductor (Ref -TT ) a part ir de
    3 O
    los va lores me didos de la fuerza de tracción (FT) Y el
    va lor calculado de la temperatura del conductor en la
    calibración (T C-cal ),
    en un tercer pa so, la deforma ción por fluencia (D F)
    y la temperatura máxima admi sible (Tmax ) del conj unto de
    35 vanos (14, 14A ... 14N) a partir de las características
    (CC) del conj unto de vanos (14, 14 A ... 14 N) , la longi tud
    del va no equivalente (V) del conj unto de vanos (1 4,
    14A. .. 14N) , la referencia de tracción-temperatura de
    conductor (Ref -TT ) y el lími te de flecha (LF) .
    5
  2. 2. sistema se gún la re ivi ndicación 1, car acteriz ado porque
    el sensor de temperatura (9) Y el se nsor de radiación so lar
    (1 0) est án mo ntado s en el mó du lo de mo nitori zación (7)
    10
    3. sis tema se gún la re ivindicación 1 ó 2, caracte riz ado
    porque la unidad de pro ceso de da tos (1 6b ) está diseñada para
    determinar , en un cuarto pa so , el conj unto de va no s (14,
    14A ... 14N) con la ampac idad más baj a entre los conj untos de
    va no s (1 4, 14A ... 14N) correspondientes a una ml sma lí nea
    15
    el éc trica aérea comple ta, corre spondi endo la ampac idad más
    baj a a la intens idad de corriente máx ima admi sible en di cha
    lí nea eléctrica aérea completa .
  3. 4. sis tema se gún una de las re ivindi caciones precedente s,
    20
    car acteriz ada porque la unidad de pro ceso de dat os (1 6b ) está
    dis eñada para determi nar la referencia tracción-temperatura
    (Ref -TT ) de cada conj unto de va no s (1 4, 14 A ... 14N) en una
    calibración en la que la unidad de pro ceso de dat os (1 6b )
    periódicame nte examl na en cada conj unto de dat os (1 3,
    25
    13A ... 13N) re cibido de uno de los módulos de mon ito riz ación
    (7) Sl dur ante un periodo de tiempo (t) predeterminado se
    cumplen condi ciones de calibración que comprenden que los
    va lores de la intens idad de corriente (rC) se an inferiores a
    un de termi nado va lor umbral de inte nsidad de corriente (x A) y
    3 O
    los va lores me didos de la fuerza de tracción (FT) no sean
    inferiores a un interva lo (D FT ) definido por una desviación
    de tracción predeterminada (x kg ) y, cuando se cumplen estas
    condi ciones, para calcular los va lores me dios (0)
    respect ivame nte de los va lores me didos de la radiación so lar
    35
    (RS) , la intens idad de corriente (rC) , la fuerza de tracción
    (FT) y la temperatura ambiente (TA) , y para calcular la
    referencia tracción-temperatura (Ref-TT ) del conductor (2) en base a estos valores medios -de radiación solar (0RS) , intensidad de corriente (0IC) , fuerza de tracción (0FT) y temperatura ambiente (0TA)
  4. 5. sistema según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la unidad de proceso de datos (16b) está diseñada para determinar la temperatura máxima admisible (Tmax) del conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) en una calibración en base a la referencia tracción-temperatura
    (Ref-TT) , a la deformación por fluencia (DF) del conductor (2) y, posteriormente, en base a la deformación por fluencia (DF) y a un límite de flecha (LF) resultante de la deformación por fluencia (DF) .
  5. 6. Un método para monitorizar ampacidades en líneas eléctricas aéreas mediante
    una pluralidad de módulos de monitorización (7 ) instalados en respectivos conjuntos de vanos (14, 14A ... 14N) entre sendas cadenas de amarre (4, 4' ), estando cada conj unto de vanos (14, 14A, 14B ... 14N) constituido por una pluralidad de torres de alta tensión (lA ... 1N) , entre las que está tendido un conductor (2) , de modo que ambos extremos del conjunto de vanos (14, 14A. .. 14N) están delimitados por la conexión del conductor (2) a las torres (lA ... 1N) a través de sendas cadenas de amarre (4, 4' ) Y estando suj eto dicho conductor (2) a las torres a lo largo del conj unto de vanos
    (14, 14A. .. 14N) por cadenas de suspensión (5) , estando colocado en al menos uno de los extremos del conductor (2) uno de los módulos de monitorización (7) cone ctado a una disposición de sensores, y comprendiendo cada módulo (7) al menos una unidad de registro y transmisión de datos (11) para recoger y transmitir datos medidos a partir de valores medidos
    por la disposición de sensores a la que está conectado; al menos una unidad remota ( 16) que comprende medios la ampacidad (AC) para cada conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) ,
    trans cept ores (16 a) para recibir dat os me didos por las
    unidades de regi stro y transmis ión de da tos (11) de cada
    mó dulo (7) y una unidad de pro ceso de dat os (16b) para
    5
    procesar los dat os me didos (1 3, 13A ... 13N) recibidos por los
    me dios transceptores (16b) ;
    caracte riz ado porque comprende
    asignar cada dispo sic ión de sensores a un conj unto de
    vanos (14, 14 A ... 14N) entre dos cadenas de amarre (4, 4' );
    10
    me dir fuerzas de tracción me cánica (FT) ej ercidas por el
    conductor (2) en el punto en el que está insta lado el
    disp osi ti vo me didor de tracción (6 ) entre la torre (1) Y el
    eleme nto aislador de al me nos una de las cadenas de amarre
    ( 4 ) ;
    15
    me dir intens idades de corriente (rC) en el conductor
    (2) , me diante un dispo si ti vo me didor de intens idad eléctrica
    (8) , pudie ndo es tar dispue sto en un punto de la instalación a
    travé s del cual se pueda acceder a la me dida de intensidad;
    me dir va lores de las temperaturas ambiente (Ta) me diante
    2 O
    un sensor de temperatura ambiente (9 ) Y me dir radiaciones
    se nsor de radiaciónso lares (RS) me diante un so lar (1 0) ,
    sensores (9 , 10 ) enestando di spuestos dichos la proximidad
    (1 4, 14A. .. 14N) endel conj unto de va no s el que está
    insta lado el dispo si tivo me didor de tracción (6) ;
    25
    transmitir los va lores me dido s en cada mome nto por cada
    mó dulo de mo nitori zación (7) a la unidad de pro ceso de dat os
    (16b) , en fo rma de conj unto de dat os (1 3, 13A ... 13N)
    comprendie ndo cada conj unto de da tos (1 3, 13A 13N) va lores
    me didos de la fuerza de tracción (FT) , de la intens idad de
    30
    corriente eléctrica (rC) , de la temperatura ambiente (TA) y de
    la radiación so lar (RS) , me dido s en cada mome nto por la
    dispos ición de se nsores (6 , 8, 9, 10 ) con respecto al conj unto de
    va no s (1 4, 14 A ... 14N) Y una ident ificación del mó du lo de
    mon itoriz ación (7) al que est án asignados ;
    35
    calcul ar , me diante la unidad de proceso de dat os (16b) ,
    a partir de cada conj unto de datos (13, 13A ... 13N) , mediante
    un proceso que comprende determinar en un primer paso, un valor calculado de la temperatura (TC) del conductor (2) del conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) a partir del valor medido de la fuerza de tracción (FT) , las características (CC) del conductor
    (2) , la longitud del vano equivalente (V) abarcado por el conductor (2) , una referencia de tracción-temperatura de conductor (Ref-TT ) y la deformación por fluencia
    (DF) ;
    en un segundo paso, mediante ecuaClones de equilibrio térmico y donde la dirección del viento se supone que tiene un determinado valor de forma que la única incógnita es la velocidad del viento (VV) equivalente en la dirección definida, la velocidad del viento (VV) a partir del valor calculado de la temperatura del conductor (TC) , los valores medidos de la temperatura ambiente (TA) , los valores medidos de la intens idad de corriente (rC) y los valores medidos de la radiación solar (RS) ;
    en un tercer paso, la ampacidad (AC) de cada conjunto de vanos (14, 14A. .. 14N) a partir de una temperatura máxima admisible (Tmax) del conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) , la temperatura ambiente (TA) , la radiación solar (RS) y la velocidad del viento calculada
    (VV) , mediante ecuaciones de equilibrio térmico donde la
    única incógnita es la intensidad de corriente
    correspondiente al valor de la ampacidad (AC) .
    calcular también, mediante la unidad de proceso de datos
    (16b) , la referencia de tracción-temperatura de conductor
    (Ref-TT) , la deformación por fluencia (DF) y la temperatura máxima admisible (Tmax) del conductor para cada conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) , a partir de cada conjunto de datos
    (13, 13A ... 13N) , determinando
    en un primer paso, un valor calculado de la
    temperatura del conductor en la calibración (TC-cal) a
    partir de los valores medidos de la temperatura ambiente (TA) , los valores medidos de la intensidad de corriente (rc) y los valores medidos de la radiación solar (RS) ,
    en un segundo paso, la referencia de tracción-temperatura de conductor (Ref-TT) a partir de los valores medidos de la fuerza de tracción (FT) Y el valor calculado de la temperatura del conductor en la calibración (TC-cal),
    en un tercer paso, la deformación por fluencia (DF) y la temperatura máxima admisible (Tmax) del conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) a partir de las características
    (CC)
    del conductor (2) , la longitud del vano equivalente
    (V)
    abarcado por el conductor (2) , la referencia de tracción-temperatura de conductor (Ref-TT) y el límite de flecha (LF) .
  6. 7.
    Método según la reivindicación 6, caracterizado porque comprende un cuarto paso en el que se determina, mediante la unidad de proceso de datos (16b) , el conjunto de vanos (14, 14A ... 14N) con la ampacidad más baja entre los conjuntos de vanos (14, 14A ... 14N) correspondientes a una mlsma línea eléctrica aérea completa, correspondiendo la ampacidad más baj a a la intensidad de corriente máxima admisible en dicha línea eléctrica aérea completa .
  7. 8.
    Método según la reivindicación 6 ó 7, caracterizada porque la referencia tracción-temperatura (Ref-TT) de cada conj unto de vanos (14, 14A ... 14N) se determina en una calibración en la que la unidad de proceso de datos (16b) periódicamente examina, en cada conjunto de datos (13, 13A ... 13N) recibido de uno de los módulos de monitorización (7) , Sl durante un periodo de tiempo (t) predeterminado se cumplen condiciones de calibración que comprenden que los valores de la intensidad de
    corriente (lC) sean inferiores a un determinado valor umbral de intensidad de corriente (xA) y los valores medidos de la fuerza de tracción (FT) no sean inferiores a un intervalo (DFT) definido por una desviación de tracción predeterminada 5 (xkg ) y, cuando se cumplen estas condiciones, calcula los valores medios (0 ) respectivamente de los valores medidos de la radiación solar (RS) , de la intensidad de corriente (lC) , de la fuerza de tracción (FT) Y de la temperatura ambiente
    (TA) , y calcula la referencia tracción-temperatura (Ref-TT) 10 del conductor (2) en base a estos valores medios de radiación , intensidad de corriente (0lC) , fuerza de tracción temperatura ambiente (0TA) .
    según una de las reivindicaciones 8 a 10,
    15 caracterizado porque la temperatura máxima admisible (Tmax) del conj unto de vanos (14, 14A ... 14N) se determina en una calibración en la que la unidad de proceso de datos (16b) determina, en base a la referencia tracción-temperatura (Ref-TT) , la deformación por fluencia (DF) del conductor (2)
    20 y, posteriormente, en base a la deformación por fluencia (DF) y a un límite de flecha (LF) resultante de la deformación por fluencia (DF) .
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